用于智能电网建设的北斗_GPS高精度授时方案关键技术_赵东艳
第37卷 第9期 电 网 技 术 Vol. 37 No. 9 2013年9月 Power System Technology Sep. 2013 文章编号：1000-3673（2013）09-2621-05 中图分类号：TM 734 文献标志码：A 学科代码：470·4054 用于智能电网建设的北斗/GPS 高精度授时方案关键技术 赵东艳，原义栋，石磊，张海峰 （北京南瑞智芯微电子科技有限公司，北京市 海淀区 100192） Key Technology in Beidou/GPS High-Precision Time Service Scheme for Smart Grid Construction ZHAO Dongyan, YUAN Yidong, SHI Lei, ZHANG Haifeng (Beijing NARI Smart Chip Microelectronics Co., Ltd., Haidian District, Bejing 100192, China) ABSTRACT: To effectively ensure the precision of time reference of the whole grid and gradually gets rid of the dependence of smart grid operation on global positioning system (GPS), based on GPS, the first and the second generation of Beidou navigation system a tri-mode dual-channel high-precision time service scheme that can be used to the construction of smart grids is proposed, and the SOC chip implementation for the proposed time service scheme is put forward, by which not only the potential safety hazard can be eliminated, but also the troubles in product volume and cost can be effectively resolved. In the viewpoint of hardware implementation, the feasibility and advancement of the proposed high-precision time service scheme as well as the prospect of applying it in smart grids are analyzed. According to present operation situation of the second generation of Beidou system and complex application environment of power grids, in the proposed time service scheme the relatively matured first generation of Beidou navigation system is used as the main clock source, meanwhile it is compatible with GPS and the second generation of Beidou navigation system, therefore the dual-channel time service mode, by which the time service by GPS and the first and the second generation of Beidou navigation system can be independently performed, is implemented, and the time base of time service in the two channels can be combined and resolved. The time service accuracy of the proposed scheme can reach up to 15ns, namely 1σ, and the time accuracy can reach up to 1μs/h, and thus the proposed high-precision time service scheme can completely satisfy the demand of smart grid construction. KEY WORDS: smart grid; Beidou navigation system; GPS; time service 摘要：为有效保障智能电网全网时间基准的精度，并逐渐摆脱电网运行对全球定位系统(global positioning system，GPS)的依赖性，提出了可用于智能电网建设的基于北斗一代系统、北斗二代系统、GPS系统的三模双通道高精度授时方案，提出了该授时系统的SOC芯片实现方案，不但可以消除安全隐患，而且可以有效解决产品成本和体积的问题。从硬件实现的角度分析了高精度授时方案的可行性、先进性及其在智能电网中的应用前景。该授时方案针对北斗卫星导航系统运行现状和电力系统复杂的应用环境，采用较成熟的北斗一代作为主时钟源，同时兼容北斗二代和GPS，可实现北斗一代系统、北斗二代系统和GPS系统独立授时的双通道运行方式，且各通道授时时基可实现组合解算，授时精度最高可达15 ns(1)，守时精度可达1 s/h，完全可以满足智能电网建设的需求。 关键词：智能电网；北斗系统；GPS；授时 0 引言 随着电网系统的大区域互联[1]和广域动态测量系统(wide area measurement system，WAMS)[2]的逐步建立，基于广域同步采样数据可切实提高继电保护装置、故障测距装置、变电站一次设备状态监测装置、安全稳定控制系统、WAMS系统算法的准确性和应用的广泛性[3]。而同步相量测量装置(phasor measurement unit，PMU)[4]作为广域动态测量系统的核心终端装置，测量精度较高，并且其采样基于广域同步时钟，要求各类装置和系统基于统一的时间基准运行，以确保线路故障测距以及电网事故分析和稳定控制水平，提高运行效率及其可靠性[5-6]。 随着北斗卫星导航系统的建设与完善，基于北斗系统开展在电力系统授时方面的应用已是大势所趋。目前在电力应用领域中的授时产品主要以全球定位系统(global positioning system，GPS)[7]和北斗一代系统为主。GPS系统由美国军方控制，对于国家安全存在巨大隐患；北斗一代系统虽然可实现DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2013.09.0062622 赵东艳等：用于智能电网建设的北斗/GPS高精度授时方案关键技术 Vol. 37 No. 9 双向授时，授时精度可达20 ns，但其用户容量受到极大限制[8]，不利于授时系统的大范围推广。北斗二代系统可实现单向授时，授时精度为100 ns，可满足电力领域大多数的应用需求[9]，但对于时间精度要求较高的应用无法满足，而且目前该类应用方案主要以分立元件搭建的系统为主，实现成本高，体积大，应用受限。 本文提出可用于智能电网建设的基于北斗一代系统、北斗二代系统、GPS系统的三模双通道高精度授时方案。该方案可实现北斗一代系统+北斗二代系统、北斗一代系统+GPS的双通道运行模式，且各通道授时时基可实现组合解算，大大提高了系统授时的精度。此外，还提出了该授时系统的SOC芯片实现方案，不但可以消除安全隐患，而且可以有效解决产品成本和体积的问题。该授时方案的应用可保证授时终端即使处于恶劣环境或受遮挡环境下也能输出精确稳定的时钟信号，对于建设坚强智能电网，保障电网安全稳定运行具有重要意义。 1 北斗和GPS系统概述 GPS是目前世界上最成熟的全球定位系统，由36颗空间卫星、分布全球的地面站和数目庞大的用户终端组成。除了现有美国军方负责管理的卫星和地面监测系统，卫星定位增强系统也遍布美国本土和国际热点区域。世界各大机场、港口等导航应用热点地区的GPS辅助定位设施也在保障其安全和可靠的运行。 北斗卫星导航系统是我国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。北斗系统由空间段、地面段和用户段3部分组成：空间段包括5颗静止轨道卫星(geostationary orbit，GEO)和30颗非静止轨道卫星(倾斜地球同步轨道IGSO和中高地球轨道MEO)；地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站；用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。北斗卫星导航系统分为卫星无线电测定系统(radio determination satellite system，RDSS)和卫星无线电导航系统(radio navigation satellite system，RNSS) 2种模式[10]。 RDSS采用主动定位方式，先由用户终端主动向地面控制中心发出定位请求(入站)，地面控制中心根据用户请求信号测量并计算出用户到2颗卫星的距离，并根据中心存储的数字高程地图或用户请求中所带的测高信息算出用户到地心的距离，再由这3个距离按3球交会测量原理进行定位解算，然后将解算结果上星广播(出站)由该用户终端接收，这样就完成了与GPS精度相当的快速实时定位过程。通过这种出入站信号的传输和信息转发，北斗系统还实现了其每次多达100个以上汉字的简短数字报文通信和几十纳秒级精度的精密授时功能。RNSS采用无源定位方式，通过地面运控系统监测整个导航系统的卫星位置并同步卫星时钟，从而保证卫星星历的信息准确。该方式与美国GPS系统以及欧洲Galileo系统的原理相同，最大的特点是系统的容量理论上不受限，隐蔽性强。 随着北斗卫星导航系统完成了在亚太区组网并正式提供服务，北斗芯片、终端及上下游软硬件等产业链环节研发和产业化取得积极进展，这些都为北斗卫星导航系统在行业领域应用推广奠定了坚实的基础。目前，除了在军用系统中的使用以外，我国的智能电网、道路交通管理、铁路智能交通、海运、水运、航空、特殊货物运输监管、应急救援、气象服务、精细农业、精密授时等领域的北斗应用示范都在抓紧建设实施。 2 北斗/GPS卫星授时方案 2.1 北斗/GPS高精度授时总体方案 目前多数授时产品采用的授时方案是基于国外厂商成熟的GPS模块与北斗一代单向授时模块进行组合，2个模块独立解算，通过某种方法选择一个系统的授时信息和1PPS(秒脉冲)信号输出[11]。该模式不同源的观测数据不能共用，在城市峡谷地区或部分天空被遮蔽出现卫星数少和几何因子差等情况时，其可用性和可靠性就可能受到影响，而且数据不能共用，也就不能充分发挥2个导航系统的优势来进行完好性监测。此外，在出现外界故意或无意干扰、故意降低服务精度、卫星健康状况等情况时，其可靠性、安全性无法得到保障。 为实现高精度的授时方案，并有效提高授时系统的安全性和可靠性，本文针对电力系统典型的授时应用需求，基于GPS系统、北斗一代系统和北斗二代系统，提出北斗/GPS高精度授时与同步技术总体方案，如图1所示。 总体方案包括省级调度中心，市级调度中心和电网终端3部分，高精度的授时主要基于其中的电力系统时间同步服务器，时间同步实时监测系统以及北斗/GPS卫星授时系统。利用该授时方案可大大提高电力系统广域同步采样的可靠性。
219335417_北斗GNSS全球精密新时空微系统与量子加密应用
物联网技术 2023年 / 第6期
iCAN论坛 iCAN Forum
2山东大学宋雨恒，赵晨昕，刘淑娟，林佳成，王学林，邢建平摘 要：本项目研发出全球首款五星八频高精度定位模块——“新时空芯片微系统-北斗组合导航高精度定位模块”。该模块能够稳定实现亚米级甚至毫米级的定位精度，具有低成本、高精度的技术优势，能够迅速在智能装备、智慧农业、交通运输和场站管理等行业展开应用。关键词：北斗；厘米级；五星八频；高精度定位模块北斗GNSS全球精密新时空 微系统与量子加密应用1 作品介绍本项目团队研发出的国内首款五星八频导航定位模块—“新时空芯片微系统”，突破了多项关键技术，提出北斗GNSS/INS/DR敏捷精准微系统技术，采用创新的组合导航算法，使得产品水平单点定位精度小于1.2 m，DGPS定位精度小于0.5 m，RTK定位精度小于0.01 m，实现稳定亚米级定位和实时动态毫米级定位（RTK）。与市面上主流产品相比，定位精度提升64%，应用成本减少65%。本产品以其小模块、大作用、低成本的特点倍受市场青睐，其定位精度、定位效率已达到全国领先水平，是国内首款五百元级RTK高精度定位模组，实现了价格与性能的双平衡。产品以自动驾驶、精准农业和场站管理等对高精度位置有较大需求的行业作为目标市场，以导航定位终端设备厂商作为目标用户。2 技术原理针对GNSS/INS/DR敏捷精准测控微系统，主要研究低成本高精度四系统单频GNSS/INS/DR模块设计，高低频分流算法确保动态数据的高采样率、无延迟差分定位，单频RTD、RTK高效率解算问题，GNSS/INS/DR紧组合算法，组合导航算法中的运动学约束方案。目前测绘领域高精度板卡成本较高、功耗较大、体积较大且实时动态性较差，现有车载导航定位精度较低不能满足车道级定位、智能控制及精细化管理的需求。为此，本项目提出了使用GNSS作为时间同步的双GNSS芯片拼接、兼容INS和载体运动信息等多传感器数据的北斗GNSS/INS/DR敏捷精准测控微系统架构，并设计出对应微处理单元。3 创新点及应用前景本产品支持北斗星基增强；采用高低频误差分流，解决实时动态定位中的延时问题；建立GNSS/INS紧组合模型，实现RTK模式与PPP模式毫米级定位精度；还实现了在高精度定位同时，提供惯导功能，并支持差分；实现了芯片的“无缝替换”，适配于市面上大部分设备。北斗新时空芯片微系统在精准农业方面保证了设备定位数据的持续稳定，并能实现厘米级定位精度，解决了之前定位精度低、轨迹不连续、数据丢失、位置漂移、时间不确定等问题，达到作业面积零复查、作业状态实时显示的目的，有效解决了政府和农民关心的诸多问题，为农业可持续发展、农业现代化推进做出重要贡献。高精度定位成为制约自动驾驶发展的技术瓶颈，凭借本产品的高精度和高性价比优势，能够解决自动驾驶中传统GNSS定位精度低、机器视觉定位硬件资源消耗大和激光雷达定位笨重等问题，为自动驾驶的技术突破提供强大支撑。产品应用场景如图1所示。图1 智能建造本产品以北斗产业链中的前端企业作为目标用户，主要面向自动驾驶、AGV、精准农业、场站管理等行业。根据《广证恒生2019年高端装备股权中期策略：自动驾驶渐行渐近》中的数据显示，我国2018年无人车需求为3.38万台，在未来十年内增长迅速，2021年将达到27.68万台，2025年更会突破100万台，届时无人车定位市场空间将超过66亿元。目前我国AGV本体企业已超120家，市场规模已超过100亿元，未来发展势头迅猛。因此本产品将有很大的市场潜力。Copyright©博看网. All Rights Reserved.
北斗卫星授时信号欺骗干扰检测技术研究
Ａｐｒ． １０， ２０２１， Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．７ Telecom Power Technology
· １０１ · 2021年4月10日第38卷第7期通信技术doi：10.19399/ki.tpt.2021.07.031北斗卫星授时信号欺骗干扰检测技术研究宋 艳，应斌杰（国网浙江省电力有限公司 丽水供电公司，浙江 丽水 323000）摘要：电力系统中电能的生产、输送、分配以及使用是同时进行的，这就需要有统一的时间基准来满足电力系统安全稳定判别、经济调度运行以及事故反演分析等需要，因此依靠北斗精准授时的时间同步系统的精准可靠尤为关键。对此，阐述了卫星授时信号的干扰分类，针对欺骗干扰的特征提出了检测手段，为实现欺骗干扰信号的感知与智能化防御提供理论依据。关键词：北斗授时；欺骗干扰；检测技术Research on the Detection Technology of Deception Interference of BeiDou Satellite Time Service SignalSONG Yan, YING Binjie(State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd., Lishui Power Supply company, Lishui 323000, China)Abstract: The production, transmission, distribution and use of electric energy in the power system are carried out at the same time, which requires a unified time benchmark to meet the needs of power system security and stability discrimination, economic dispatching operation and accident inversion analysis. Therefore, the accuracy and reliability of the time synchronization system relying on BeiDou precise timing is particularly critical. In this regard, this paper describes the interference classification of satellite time service signal, and puts forward detection methods according to the characteristics of deception interference, which provides theoretical basis for realizing the perception and intelligent defense of deception interference signal.Keywords: BeiDou timing; deception interference; detection technology0 引 言卫星授时信号的干扰分为压制式干扰和欺骗式干扰。针对压制式干扰的钟差辅助和网络辅助、空时频域自适应滤波、阵列天线等技术以及相关产品现阶段已经逐步成熟，而欺骗式干扰由于存在隐蔽性和多样性等特点，逐步成为卫星授时接收机面临的主 要威胁[1]。电力系统中电能的生产、输送、分配以及使用是同时进行的，这就需要有统一的时间基准来满足电力系统安全稳定判别、经济调度运行以及事故反演分析等需要，时间同步系统的精准可靠异常关键。授时的正确可靠是北斗精准授时应用的基础，因此本文通过研究欺骗干扰信号的特点，提出有效识别与处理欺骗干扰信号的方法，以满足电力系统对时间信息的安全性需求。1 干扰分类对卫星导航系统的下行信号进行干扰主要是针对导航接收机的干扰对抗,从技术上考虑，主要有压制式干扰和欺骗式干扰，分类如图1所示。图1 干扰方式分类图根据产生方法不同，可将欺骗干扰信号分为产生式和转发式两种[2]。产生式欺骗干扰是指欺骗干扰源不同步真实导航系统，直接自己产生假的导航信号发送给用户接收设备，用户接收设备得到错误的伪距后计算出错误的位置速度信息，从而达到欺骗干扰的目的。产生式欺骗干可掌握BDS/GPS民码的结构、帧格式以及部分导航电文内容等，然后利用信号模拟装置产生欺骗信号并发送给附近的卫星接收机[3]。转发式欺骗干扰是指欺骗干扰源先接收来自导航卫星的真实信号，然后对真实信号进行放大、延时以及篡改等操作，再发给附近的卫星导航接收设备。不论哪种欺骗信号，若卫星接收设备不具备检测欺骗信号的能力，将欺骗信号误认为真实信号进行使用，则必将在测量结果、卫星位置、接收机钟差甚至系统时间等方面出现较大的偏差甚至错误，最终导致输出的时频信息产生偏差或错误。收稿日期：2021-02-26作者简介：宋 艳（1975-），女，浙江丽水人，本科，正高级工程师，主要研究方向为信息、通信、自动化技术。 2021年4月10日第38卷第7期Ａｐｒ． １０， ２０２１， Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．７ Telecom Power Technology
基于FPGA和DSP的北斗1PPS授时系统的设计与实现
信Ｊ息Ｉ科 学 科 基于ＦＰＧＡ和Ｄ ＳＰ的北斗１ ＰＰＳ授时 系统的设计与实现 陈芬芬 （中北大学信息与通信工程学院，山西太原０３００５１） 摘要：高精度秒脉冲授时信号对现代科技有深远的意义，提出一种基于ＦＰＧＡ和ＤＳＰ的算法实现在弱电磁环境下精确的北斗授时秒信号，给出了 ＦＰＧＡ硬件算法、在Ｍｏｄｅｌｓｉｍ平台下的仿真结果和在ＤＳＰ上进行修正的方法，并在基于ＦＰＧＡ＋ＤＳＰ的接收机上实现对星测试，结果为在输入时钟频率准确 度≤ｌｘｌ 的条件下，秒信号１ＰＰＳ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ ｓｅｃ０ｎ由输出的准确度为与标准ＧＰＳ时间信号源的时间间隔≤１０００ｎｓ，满足大部分情况下授时需求。 关键词：授时；１ＰＰＳ；北斗卫星 引言 随着科技的发展，高精度授时需求越来越 大，但是目前我国利用ＧＰＳ卫星实现授时基本采 用封装好的ＯＥＭ模块提供的１ＰＰＳ Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ信号进行授时Ｉｌ用，在特殊战争情况下ＧＰＳ 的可利用ｌ生受到限制，技术自主｝生也受到限制。随 着我国自主导航系统的日益成熟，高精度的授时 信号的提供变得更加迫切。基于ＦＰＧＡ和ＤＳＰ的 平台上实现精确的北斗秒信号输出。能够实现在 信号同步的情况下得到精确秒信号，失锁后能高 精度守时，在失锁再次同步时能提供稳定的北斗 同步秒信号，即在弱电磁环境下实现北斗精确授 时，对我国自主导航系统的应用有现实意义。 １ １ＰＰＳ信号的实现原理 基于ＦＰＧＡｑ－．ＤＳＰ的秒信号精确授时方案是 由ＦＰＧＡ捕获导航电文的同步帧头，经处理得到 滞后的秒信号，由ＤＳＰ去修正电 情的输出位 置，得到—个与北斗时同步的秒信号。ＦＰＧＡ部分 完成由间隔为３１２５ｍｓ的３２ＰＰＳ脉冲信号，失锁 情况下３２ＰＰＳ信号丢失，得到—个不存在缺损的 稳定的北斗１ＰＰＳ信号。ＦＰＧＡ部分算法由四个３２ 位计数器组成（如图１），这四个计数器分别是秒间 隔计数器、秒信号输出计数器、帧计数器、帧间隔 计数器。秒间隔计数器用来补偿本地时钟不准确 所造成的误差。帧间隔计数器用来记录两个相邻 ３２ＰＰＳ信号的时间间隔。ｓｅｔ＿ｌｐｐｓ信号由ＤＳＰ置 数，用于时延设定和秒头的寻找 。 秒信号输出计数器的输入端分别是５０Ｍ时 钟信号，最大计数值输入信号、置数值输入、置数 。１ＰＰＳ的硬件时序图 如图１所不。 ２ ＦＰＧＡ算法仿真结果 根据上述ＦＰＧＡ算法的介绍，在Ｍｏｄｅｌｓｉｍ 上仿真算法的可行性，必须先编写测试激励代码， 激励要满足实际的信号格式和实际晴况，由于在 弱的电磁环境下，３２ＰＰＳ信号会经常丢失，信号失 锁，在一段时间后又重新锁定，得到—个不连续的 ３２ＰＰＳ信号。通过这样的激励作为仿真的输人对 算法代码进行前仿真。由于仿真１秒等待时间过 长，显示结果不够直观，我们将参数改成生产ｌｍｓ 间隔的信号，得到的仿真结果如图２所示。 ｏｎｅ＿ＰＰＳｂｚ是用来参考对比的秒信号，ｏｎ ＰＰｓ 是ＦＰＧＡ根据不连续的３２ＰＰＳ产生的１ＰＰＳ， ｍａｉｎ＿ｆｒｍｓｙｎ是帧同步信号，ｍａｉｎ一３２ＰＰＳ是不连 续的３２ＰＰＳ信号，ｍａｉｎ３２ＰＰＳ＿ｂｚ是标准的３２ＰＰＳ 信号，该算法在理论匕实现了在丢失３２ＰＰＳ信号 的情况下产生延时一个时钟周期２０ｎｓ的秒信号 如图３所示。 ３秒时延的计算 一 第１帔 ｇ３０ｒ￣￣ 第３ｌ帧第３２帧 第ｌ帧 。 Ｊ１．—一ｎ —１到的是经 ： Ｌ—．＿Ｊ ｌ＿＿ＬＵ Ｊ 一 懒 ！ ＝＝ 网同ｌｌｌ——同ｌ －－２ 导 儿 一—蠢 娄＂￣：８器００ 到用户机 …一…一一…一一耋戛塑盹 一 １。００ 这段距离 的延时后 的３２ＰＰＳ 信号，这 些时延 Ｔ由以 下６部分 组成：目 ｑ－＝ｆ１＋ Ｔ ２＋Ｔ 下４＋下５＋ 下６ 。 。 安ｆ（ｈ｝。。 ¨地 图１ １ＰＰＳ算法时序的示意图 图４北斗秒脉冲与ＧＰＳ秒脉冲时间间隔 图２ １ＰＰＳ仿真波形 为中 ［ 控 图３ １ＰＰＳ仿真波形两个脉冲间的局部放大图——延时２０ｎｓ 制系统至卫星的距离时延以及该路径对流层和电 与ＵＴＣ时均方误差小于７ｎｓ，另一路为我们的待 离层折射修正值，由中心控制系统精确算得日。 测的北斗１ＰＰＳ信号，将测试没定为１、Ｄ—Ｔ１状态， ｔ 控制中 １１，系统的设备零值，在导航数据 １２小时长期加电测试，每隔一小时观测差值，差值 电文中得到；分布如图４所示。 ｔ 卫星到用户机的传输时延，可以根据导 ５结论 航电文结算用户位置和导航电文中卫星的运行参 基于ＦＰＧＡ＋ＤＳＰ的秒信号精确秒授时信号 数计算得到目： 设计方案，实现在弱电磁环境授时、守时功能，该 Ｔ 卫星到用户机的对流层、电离层时延，根 硬件算法在Ｍｏｄｅｌｓｉｍ下实现仿真，在ＦＰＧＡ＋ 据电离参数模型可以计算得到。参数在卫星下发ＤＳＰ的接收机匕完成精确北斗秒信号实现，通过 的导航电文中可以得到； １２小时长时间测试观察，该１ＰＰＳ信号输出的与 Ｔ 地球自转引起的时延目，可由下式算得： ＧＰＳ标准时间信号源的时间间隔≤１０００ｎｓ，满足 ｆ ∞ｆｘＹ－ｙＸ）／Ｃ￣ 大部分晴况下授时需求。 其中∞为地球旋转角速度，（ｘ，ｙ）为用户设备 参考文献 所响应的卫星位置坐标，。（ 为用户位置坐标，Ｃ ［１】徐进，李涛．一种实用ＧＰＳ授时系统设计叨西安 为光速，单位为ｎｓ。 工程科技学院学报，２００７，２１（６）：８４０－８４３． Ｔ 用户机的设备零值，可以在北斗一号用 『２］王卿，宋铁成，奉媛．基于ＧＰＳ技术进行精确授时 户机入网测试系统上测出。 的方法叨．电气电子教学学抿２００７，２９（４）：３４＿３８． 当首次获得帧号为１时，ｓｅｔ ｌｐｐｓ置数，对各 ［３］董剑利，周丹．ｉ￥＿ｈ３ ＧＰＳ授时同步监控系统的设 计数器清零，使秒信号的秒头在同一位置，时延计 计与实现叨．计算机工程与设计２００７，２８（１２）： 算后加入，从而得到与北斗秒对齐的秒脉冲信号。 ３００６－３００７． ４系统对星测试结果 郑伟平．北斗接收机的部分算法与定位误差研究 基于上述算法，我们在ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ的系统平 【ＤＪ．哈尔滨工业大学硕士学位论文＇２００６（２）：１８一 台上运行，ＤＳＰ采用的是Ｔｉ公司的ＴＭｓｖｃ５５１Ｏ， ２１． ＦＰＧＡ采用的是Ａｈｅｒａ公司的ＳｔｒａｔｉｘＩＩ系列的 ５／Ｊａｍｅｓ Ｂａｏ－ｙｅｎ Ｔｓｕｉ．ＧＰＳ软件接收机基础［Ｍ】． ６０Ｆ６７２Ｃ５，ＤＳＰ和ＦＰＧＡ的工作主频均为５０ＭＨｚ 电子工业ｆ，－￣，２００７． 同源时钟，使用的测试仪器为Ａｇｉｌｅｎｔ的５３１３２Ａ 『６］张欣扩频通信数字基带处理算法及ＶＬＳＩ实现 Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｃｏｕｎｔｅｒ，最大工作频率为２２５ＭＨｚ，测试 １．北京：科学出版社，２０ｏ４ 的方法采用接两路１ＰＰＳ信号进行时间间隔对比， 作者简介：陈芬芬（１９８４－）女，硕士研究生， 一路为标准ＧＰＳ时间信号源，输出的１ＰＰｓ信号 主要研究方向：卫星定位导航算法研究。 一
智能变电站时间同步与时间同步监测集成装置的研制及应用
第41卷第2期2021年2月电力自动化设备ElectricPowerAutomationEquipmentVol.41No.2Feb.2021
智能变电站时间同步与时间同步监测集成装置的研制及应用
陈志刚1，熊慕文1，刘东超1，赵晓东1，咸光全1，张道农2
（1.南京南瑞继保电气有限公司，江苏南京211102；2.华北电力设计院工程有限公司，北京100120）
摘要：针对目前智能变电站对全站时间同步系统以及二次设备缺乏在线监测的现状，研制了一种时间同步与
时间同步监测集成装置。按照集成装置功能子模块详细介绍了硬件、软件算法，以及装置模型的构成和装置
配置文件的生成流程，同时研究了由集成装置与主站端软件系统构成的智能变电站时间同步监测系统的应
用。所研制的集成装置已在实际工程中得到了应用。关键词：智能变电站；时间同步；监测；网络时间协议；面向通用对象的变电站事件
中图分类号：TM73文献标志码：ADOI：10.16081/j.epae.202011020
0引言
随着我国电网的高速发展和站内自动化设备的
大规模应用，诸多自动控制以时间作为触发条件，电
力系统生产、控制业务对时间同步精度的要求愈来
愈高。电力系统时间同步的准确性是保障电网运行
控制及故障分析的重要基础，是提高电网事故分析
和稳定控制水平的根本保证［1］。
时间同步在智能变电站中的作用日趋重要，时
间同步的准确度以及稳定性直接影响保护设备的正
常工作。智能变电站保护和控制设备需要采集多个
交流量信息，这些信息都需要严格同步以实现相应
功能。因此智能变电站过程层数字化后，各种差动
保护（如不出站的母线差动保护、主变差动保护，出
站的线路差动保护）、距离保护与功率测量、合并单
元、相量测量单元（PMU）、故障录波器等二次设备对
采样同步提出了更新、更高的要求［2-3］。
目前智能变电站对时间同步系统的同步状态及
对时精度尚缺乏必要的检测措施及手段，一般采用
离线检测的方式来判别时间同步设备和被授时设备
基于北斗授时的μPMU 测量误差综合分析
第49卷 第8期 电力系统保护与控制 Vol.49 No.8 2021年4月16日 Power System Protection and Control Apr. 16, 2021
DOI: 10.19783/ki.pspc.200878 基于北斗授时的μPMU测量误差综合分析 张 赢1，魏文震2，李 江2，孙 乾2 (1.国网内蒙古东部电力有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021000；2.东北电力大学电气工程学院，吉林 吉林 132012) 摘要：微型相量测量单元(μPMU)的同步性与时钟源精度密切相关，目前我国电网中已投运的智能设备多以美国GPS为时钟源。伴随北斗系统(BDS)组网完成，采用北斗作为时钟源的设备将逐渐成为主流。首先，研究北斗系统时钟脉冲精度、互感器误差、基波频率及谐波等误差影响因素，揭示各环节对μPMU测量误差的作用机理。然后，评估基于北斗系统的μPMU测量装置相角误差，分析基于频率跟踪的极大似然估计相量误差。最后，评价时钟源、互感器饱和、频率变化、谐波干扰等因素产生的综合误差。通过研究关键影响因素，给出减小测量误差的主要措施。研究成果将为μPMU在配电网的大规模配置提供理论和实践指导。 关键词：同步测量；北斗系统；动态跟踪；极大似然估计；微型相量测量单元 Comprehensive measurement error analysis of μPMU based on Beidou time service ZHANG Ying1, WEI Wenzhen2, LI Jiang2, SUN Qian2 (1. State Grid Eastern Inner Mongolia Electric Power Co., Ltd., Hulun Buir 021000, China; 2. School of Electrical Engineering, Northeast Electric Power University, Jilin 132012, China) Abstract: At present, most of the smart devices in service for power systems in China use Global Positioning System (GPS) as a clock source, and the synchronization of the micro Phasor Measurement Unit (μPMU) in a distribution network is related to the accuracy of the clock source. With the completion of the Beidou System (BDS), equipments installed with Beidou will gradually become mainstream. First, the influence mechanism of clock pulse accuracy, transformer performance, frequency fluctuation, and harmonic distortion on the measurement error of μPMU is analyzed comprehensively in this paper. Then, the phase angle error of a μPMU measurement device based on BDS is calculated, and the error of the maximum likelihood estimation based on tracking frequency algorithms is analyzed to give the comprehensive error of μPMU under different phasor estimation methods. Finally, the comprehensive errors caused by the clock source, signal conversion, frequency change, harmonic interference, and other factors, are studied. The relevant methods are also used to reduce measurement error. The conclusion will provide theoretical and practical guidance for the large-scale placement of μPMU in distribution networks. This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 51977030) and Project of State Grid Eastern Inner Mongolia Electric Power Co., Ltd. (No. SGMDHBOOFCJS1800881). Key words: synchronized measurement; BDS; dynamic tracking; maximum likelihood estimation; μPMU 0 引言 目前，美国GPS(Global Position System)系统仍是电力系统同步量测单元(Phasor Measurement Units, PMU)的主要时钟源[1]。但是，GPS信号受美国军方控制，一旦信号丢失，PMU将无法正常工作， 基金项目：国家自然科学基金项目资助(51977030); 国网内蒙古东部电力有限公司项目资助(SGMDHBOOFCJS1800881) 存在安全风险。2020年，伴随我国北斗系统(Beidou System, BDS)组网完成，基于BDS信号的安全性大幅提高。授时信号从GPS向BDS转变，不仅可提高国家安全性，还对提高设备精度和开发高级应用功能具有重要价值。 美国电气和电子工程师学会(IEEE)制定的同步相量测量标准—IEEE C37.118.1-2011，已对频率误差、同步采样误差、相角误差、相量测量总误差(TVE)等方面做了详细规定[2]。从授时精度上看，GPS的Copyright©博看网 . All Rights Reserved.- 84 - 电力系统保护与控制
基于北斗技术的分布式新能源智能调控
东北电力技术
ＮＯＲＴＨＥＡＳＴ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１５年第２期
基于北斗技术的分布式新能源智能调控
黄少雄，李端超，陈 实，黄太贵
（国网安徽省电力公司，安徽合肥２３００２２）
摘要：随着社会经济的发展，传统化石能源消费模式已渐现弊端，太阳能、风能等可再生能源的开发和利用无疑是社
会经济可持续发展的必由之路。目前电网对可再生能源的接入主要采用分布式发电技术，但分布式发电具有分散、随
机变动等特点，大量的分布式电源的接人给电网的安全稳定运行带来极大影响。如何采集这些分布式电源的运行信
息，实现对分布式电源的智能调度管理是迫切需要解决的问题。提出了基于北斗技术的分布式电源信息采集方案，实
现对分布式新能源的实时信息采集和智能调度控制，解决其对电网安全的影响，保障新能源的安全接入和高效利用。
关键词：北斗；分布式发电；新能源；智能调控
［中图分类号］ＴＭ７３ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１００４－７９１３（２０１５）０２－００２６—０３
ｌｎｔｅｌｌｉｇｅ【Ｉｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（）ｆ Ｉ）ｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ Ｂｅｉ Ｄｏｕ Ｎ ａｖｉｇａｔｉＯｔｌ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅ１３１
ＨＵＡＮＧ Ｓｈａｏ—ｘｉｏｎｇ，ＬＩ Ｄｕａｎ—ｃｈａｏ，ＣＨＥＮ Ｓｈｉ，ＨＵＡＮＧ Ｔａｉ—ｇｕｉ
（Ａｎｈｕｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｈｅｆｅｉ，Ａｎｈｕｉ ２３００２２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｏｃｉｅｔｙ，ｔｈｅ ｍｏｄｅ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ ｍｅｅｔ ｏｕｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ｆｅｗ ｙｅａｒｓ
ｌａｔｅｒ．Ｔｈｅ ｏｎｌｙ ｗａｙ ｔｏ ｒｅｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｓ ｕｓｉｎｇ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｅｒｇｙ，ｓｕｃｈ ａｓ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ，ｗｉｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ＳＯ ０ｎ．Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｄｉｓｔｒｉｂ—
北斗卫星导航系统与GPS互备授时的分布式相量测量单元.
第29卷 第9期 电 网 技 术 V ol. 29 No. 9 2005年5月Power System
Technology May 2005
文章编号:1000-3673(200509-0001-04 中图分类号:TM73;TM933.3+13 文献标识码:A 学科代码:470⋅4054
北斗卫星导航系统与GPS互备授时的
分布式相量测量单元
李建1,谢小荣1,韩英铎1,胡炯2,吴雅璐2,吴京涛2
(1.清华大学电机工程与应用电子技术系,北京市海淀区 100084;
2.北京四方同创保护与控制设备有限公司,北京市海淀区 100085
STUDY ON DISTRIBUTED PMU FOR SYNCHRONOUS PHASOR
MEASUREMENT USING MUTUALLY BACKUP SYNCHRONIZATION SIGNALS
FROM BOTH BEIDOU SATELLITE NA VIGATION SYSTEM AND GLOBAL
POSITIONING SYSTEM LI Jian1,XIE Xiao-rong1,HAN Ying-duo1,HU Jiong2,WU
Ya-lu2,WU Jing-tao2
(1.Department of Electrical Engineering,Tsinghua University,Haidian
District,Beijing 100084,China;
2.Beijing Sifang Tongchuang Protection & Control Equipment Co. Ltd.,Haidian
District,Beijing 100085,China
ABSTRACT: The building up of Beidou navigation satellite system developed by
China offers a new option of the time service for synchronization phasor measurement.
项目名称：多模多频高精度北斗定位地基增强关键技术及系统....doc
项目名称：多模多频高精度北斗定位地基增强关键技术及系统应用
完 成 人：1王庆，2潘树国，3高成发，4喻国荣，5汪登辉，6于国良，7徐地保，8黄颖，9韩俊梅，10宋玉兵，11王胜利，12高旺，14陈伟荣，13杨徉，
15徐庆松
完成单位：东南大学，江苏省测绘工程院，天津市国土资源测绘和房屋测量中心，长沙市国土资源测绘院
申报类型：科技进步奖
项目简介：
地基增强系统是北斗导航应用理论、技术研究的基础和关键，是数字化社会重大空间基础设施。本项目提出了北斗融合GPS/GOLNASS的网络差分定位算法，建立多模多频GNSS地基增强模型，开发出地基增强系统核心软件EarthNet系列软件；针对专用芯片设计难度大、工艺复杂和加工成本高的实际情况，项目提出了FPGA通用芯片结合软件无线电“以软补硬”新技术思路，发明了基于码存储的卫星导航基带信号跟踪方法，研制出集成卫星信号连续跟踪、快速存储和实时分发、嵌入式远程WEB服务一体化的GNSS基站专用装备S6535B；项目提出了地基增强增强系统完备性评价指标体系，研制了系统完好性监测方法，建立了完好性参数播发机制，形成了系统的完备性监测理论和方法。通过以上技术创新，形成了我国首个多系统融合的GNSS地基增强系统，可为省级以上行政区提供全天候、连续、实时厘米级高精度定位增强服务。
本项目获得发明专利12项，发表Sci/Ei论文40余篇，取得软件著作权2项。项目成果已在天津、湖南、山东、江苏、重庆、北京、上海、河南等十余个省市产业化实际应用，直接和间接经济效益约1.2亿元人民币。
基于GPS和北斗双模同步的高精度频率源对时的设计
基于GPS和北斗双模同步的高精度频率源对时的设计
摘要：近年来，社会进步迅速，我国的科学技术的发展也有了改善。电力系统事故分析需要对系统故障前后的电压与电流数据、保护装置和断路器动作顺序及某一时刻波形进行分析，这些事故能否准确及时分析，取决于是否有统一、精度高的时间同步信号。随着电力系统可靠性要求越来越高，GPS 授时系统抗干扰能力、安全性、授时连续性及可靠性低的问题不断凸显出来。自 2003 年 5 月，我国将第三颗“北斗一号”成功送入太空，标志着我国成为第三个拥有完善卫星导航定位系统的国家。目前，我国正建设“北斗二代”系统，该系统由静止轨道上 5 颗卫星和非静止轨道上 30 颗卫星组成，可满足我国各个行业发展需要。
关键词：GPS；北斗双模同步；高精度频率源对时；设计
引言
预计 2020 年全球将进入 5G 时代，在 5G 时代人们可以享受千倍提速的网络、通信等服务，这些便利的服务要求时钟系统具有极高的准确性和稳定性，对时钟精度要求甚至达到纳秒级别，并且各个系统都要求达到严格的时间同步。卫星授时是目前主流的时间同步技术，其中美国的全球卫星导航系统(GPS)技术最为成熟，凭借覆盖面广、精度高等特点成为了卫星授时的首选 。但是GPS 归美国政府所有，由美国军方开发和控制，存在着故意降低精度的可能，甚至在战争等不确定因素下可能导致中国等其他地区不能使用 GPS 服务，对国内各种 GPS
应用造成了潜在隐患。
1各功能模块设计
BDS/GPS 双模授时系统采用模块化设计，由以下几个部分组成:1)标准信号接收单元。该单元通过对外部输入的多路径标准信号(空间时间信号和有限传输时间信号)进行信号质量判别及进度测试，对信号优先级进行排序或通过人为操作控制，为系统提供标准时间信号和信息。2)时间信号产生单元。该单元是系统核心部件，由频率驯服组件和时间信号产生组件组成。频率驯服组件通过标准信号和本地频率源信号进行频率比的测量，以获得频率误差;时间信号产生组件是将已驯服的内部频率源和标准接收单元时间信息合成产生本地各种时间信号和信息，如IＲIG － B、NTP、1PPS、1PPM、1PPH 等。3)时间信号输出单元。该单元将系统产生单元的时间信号、信息及各种不同方式提供给用户使用。为提高输出单元抗干扰能力，将每一路输出信号进行光电隔离。4)显示与控制操作单元。该单元是系统实现人机对话的界面，通过液晶显示界面和面板LED 灯可实时感知系统工作状态。为实现系统各种操作和控制，在操作前面板设置按键。5)电源单元。为确保系统正常工作，该单元采用两相互独立电源的双冗余电源供电模式。
基于4G远程操控和RTK高精度定位的长航时无人机研究
基于 4G远程操控和 RTK高精度定位的长航时无人机研究
摘要：本文首先针对长航时无人机的背景意义进行简要概述，并对相关项目予以介绍，随后对4G远程操控技术、RTK高精度定位技术的应用情况展开探究分析，以期能够为长航时无人机的高效、科学应用，提供参考性建议。
关键词：4G远程操控技术；RTK高精度定位技术；长航时无人机
引言：在应用长航时无人机开展相关工作期间，通过对4G远程操控技术、RTK高精度定位技术的科学应用，可以有效提高工作效率，维护无人机的质量安全。因而针对基于这两大技术的长航时无人机应用情况，进行探究分析，有着极大的必要性与现实意义。
1背景意义
公司在《南方电网“十三五”输电线路“机巡+人巡”协同巡检推进方案》提出“在确保安全前提下科学有序推进直升机、无人机、人工相互协同巡检工作，最终建成“机巡为主、人巡为辅”巡检模式，持续提升输电线路巡检质量、效率，实现安全、成本、效能总体最优”的协同巡检思路。并明确提出“在2020年底，基本实现“机巡为主、人巡为辅”的协同巡检，全网机巡覆盖不少于90%的110kV及以上线路（按公里数），计划巡视中机巡占比不少于60%，线路巡检成本降低20%以上”工作目标，多旋翼无人机作为班组工器具陆续大量列装输电运维一线班组。
但传统的多旋翼无人机采用导航卫星系统定位，当近距离对带电线路巡视时容易造成电磁干扰或碰撞，完全依靠手工操作无人机，对巡检员工的操作水平要求比较高，给无人机巡视工作带了安全隐患。相比之下，4G高精度定位无人机具有较大的应用前景： 首先，本无人机能够实现距离30公里之内变电站出线的完全自主化巡视，实现了远程无人自主巡视。其次，4G远程定位模块，配备该模块可以监控超过10公里作业范围的飞机，减轻工作人员超视距飞行任务的作业压力。通过后台APP可以在任何有网络的地方，实时监控每架飞机的作业轨迹以及作业时间。最后，配合软件能全自动完成输、变、配线路的精细化巡视、通道巡视、灾情评估、资产全景等外业数据采集工作。